電火花加工幻燈片

1、1,第二章：電火花加工 2-1.電火花加工原理和設(shè)備,原理：在一定的介質(zhì)中，利用兩個電極之間產(chǎn)生火花放電時的電蝕效應(yīng)來蝕除部分金屬材料的加工方法。電火花加工的基本原理如圖,1,電極：銅 、鋼、石墨 加工介質(zhì)：煤油、煤油和機油、水基工作液 脈沖電源,2,電火花加工應(yīng)具備的條件,1）必須使接在不同極性上的工具和工件之間保持一定的距離以形成放電間隙； 2）脈沖波形基本是單向的；具有合適的脈間和脈寬； 3）放電必須在具有一定絕緣性的液體介質(zhì)中進(jìn)行； 4）有足夠的脈沖放電能量，以保證放電部位的金屬溶化或氣化,2,加工條件,脈沖電流波形,3,電火花加工,電火花加工的特點 1）便于加工用機械加工難以加工或無

2、法加工的材料； 2）電極和工件在加工過程中不接觸，便于加工小孔、深孔、窄縫零件； 3）電極材料不必比工件材料硬； 4）直接利用電能、熱能進(jìn)行加工，便于實現(xiàn)加工過程的自動控制； 5) 廣泛應(yīng)用于凹模型孔、型腔加工,3,4,電火花加工方法的分類,電火花加工,普通電火花加工,電火花磨削,線電極電火花加工,電火花展成加工,電 火 花 平 面 磨,電 火 花 成 形 磨,電 火 花 線 切 割,電 火 花 小 孔 加 工,電 火 花 內(nèi) 外 圓 磨,電 火 花 成 形,電 極 電 火 花 加 工,電 火 花 共 扼 展 成,其 他 展 成 加 工,電 火 花 表 面 強 化,電 火 花 穿 孔,5,2-

3、2.電火花加工的機理,1）電離:電場強度大,液體介質(zhì)電子、離子 2）放電： 電子陰離子 陽介質(zhì)絕緣形成電通道 3）熱膨脹：電子、離子碰撞， 陰、陽極碰撞,10000左右， 工件表面熔化、汽化介質(zhì)汽化、分離碳黑 4）拋處金屬：爆炸力使工件表面拋出金屬，形成凹坑。 5）消電離： 帶電粒子轉(zhuǎn)變成中性粒子，介質(zhì)恢復(fù)成絕緣狀態(tài)，為下一次準(zhǔn)備,5,加工過程,6,火花放電產(chǎn)生高溫的特性： .局部：結(jié)果使金屬材料局部熔化、汽化。 .瞬時：熱量集中，來不及擴散，能量密度大，最后蝕除掉金屬形成放電坑。 雖然在正負(fù)電極之間加上電源可以實現(xiàn)火花放電這一物理現(xiàn)象進(jìn)行實際加工，還要滿足一定的條件才行,7,2-3.電火花加

4、工中的一些基本規(guī)律,影響材料放電腐蝕量的主要因素 .極性效應(yīng)的影響，由于正負(fù)極不同而彼此電蝕量不一樣的現(xiàn)象，稱極性效應(yīng)。 .電參數(shù)對電蝕量的影響,8,式中， qa、qc正負(fù)極的總蝕除量 Va、Vc正負(fù)極的蝕除速度 WM單個脈沖能量 f脈沖頻率 t脈沖時間 Ka、Kc與電極材料、脈沖參數(shù)、工作液有關(guān)的工藝參數(shù)。 有效脈沖利用率,9,單個脈沖所釋放的能量,取決于極間放電電壓、放電電流和放電持續(xù)時間，因此單個脈沖放電能量為,由于火花放電間隙電阻的非線性特性，擊穿后間 隙的火花維持電壓是一個與電極對材料及工作液種類有 關(guān)的數(shù)值,10,正、負(fù)極的電蝕量正比于平均放電電流的大小和電流脈寬,提高電蝕量和生產(chǎn)

5、率的主要途徑在于： 提高脈沖頻率f； 提高單個脈沖能量Wm； 增加脈沖電流的幅值i； 減少脈沖間隔te； 設(shè)法提高系數(shù)Ka、Kc等,11,圖中 ti為脈沖寬度， to為脈沖間隔， tp為脈沖周期， ui為脈沖峰值電壓或空載電壓,12,金屬材料熱學(xué)物理常數(shù)對電蝕量的影響 熱學(xué)物理常數(shù)：熔點、沸點、熱導(dǎo)率、比熱容、熔化熱、汽化熱等。 當(dāng)脈沖放電電能量相同時，金屬的熔點、沸點、比熱容、熔化熱、汽化熱越高，則電蝕量越小，其加工的難度越大。 .工作液對電蝕量的影響 介電性能好、密度、粘度大的工作液有利于壓縮放電通道，提高放電的能量密度，強化電蝕產(chǎn)物的拋出效果,13,影響電蝕量的一些其它因素 加工過程的穩(wěn)

6、定性 采用加工的電流過大 電極材料 脈沖波形 碳黑膜的形成 工作液,14,電火花加工速度和工具的損耗速度,單位時間內(nèi)工件的電蝕量稱加工速度，也叫生產(chǎn)率。 單位時間內(nèi)工具的電蝕量稱為損耗速度。 ：加工速度 指體積加工速度VW，單位：mm3/min 為了測量方便，有事也用質(zhì)量加工速度Vm來表示，單位：g/min。 提高途徑： .提高脈沖頻率 提高脈沖頻率，可縮短脈沖停歇時間，但要注意脈沖停歇時間過短，會使加工區(qū)工作液來不及消電離，排除電蝕產(chǎn)物及氣泡來恢復(fù)其介電性能，以致形成破壞性的穩(wěn)定電弧放電，使電火花加工過程不能正常進(jìn)行,15,提高單個脈沖能量 增加單個脈沖能量，主要靠加大脈沖電流和增加脈沖寬度

7、。 單個脈沖能量的增加可以提高加工速度，但同時會增加表面粗糙度和降低加工精度，因此一般只用于粗加工和半精加工的場合。 .提高工藝系數(shù) 提高K的途徑有很多，例如合理選擇電極材料、電參數(shù)、工作液、改善工作液循環(huán)過濾方式等。從而提高有效脈沖利用率，達(dá)到提高K的目的。 電火花成形加工的加工速度，可參考下面來選： 粗加工：（Ra：1020um）選：2001000mm3/min 半精加工：（Ra：2.510um）選：20100mm3/min 精加工：（Ra：0.322.5um）選：10mm3/min 隨著表面粗糙度值的減小，加工速度顯著下降，加工速度與加工電流ie有關(guān)。 對于電火花成形加工，每安培加工電流

8、的速度約為10mm3/min,16,工具電極相對損耗速度和相對損耗比 在工作現(xiàn)場中，用來衡量工具電極是否耐損耗，不單單是提高工具損耗速度VE，還要看同時能達(dá)到的加工速度VW。 因此，采用相對損耗或稱損耗比，作為衡量工具電極耐損耗的指標(biāo)，即： 式中的VE、VW均以mm3/min為單位，為體積相對損耗，以g/min為單位，表示了質(zhì)量的相對損耗。 為降低工具電極的相對損耗，必須很好地利用電火花加工過程中的各種效應(yīng)。 主要包括：極性效應(yīng)、吸附效應(yīng)、傳熱效應(yīng)等，這些效應(yīng)又是相互影響綜合作用的。 具體做到：.正確選擇極性 .利用吸附效應(yīng) .利用傳熱效應(yīng) .要減少工具電極損耗選用合適材料,17,電極損耗 放

9、電間隙 加工斜度,17,影響電火花加工精度的主要因素,電火花加工時的加工斜度 1電極無損耗時工具輪廓線 2電極有損耗時而不考慮二次放電時工件輪廓線,放電間隙大小及一致性；工具電極損耗及穩(wěn)定性。 放電間隙大小實際是變化的，影響著加工精度；工具電極損耗對尺寸和形狀精度都有影響,二次放電：已加工表面上，由于電蝕產(chǎn)物等的介入，而再次進(jìn)行的不必要的放電，使得加工深度方向產(chǎn)生斜度和加工棱角，棱邊變鈍,18,圖2-10 電火花加工時尖角變圓,19,圖2-9 電火花加工時的加工斜度,二次放電,加工斜度,電極損耗,棱角變鈍,20,電火花加工的表面質(zhì)量,表面粗糙度 表面變化層 表面機械性能,20,影響表面質(zhì)量主要

10、因素,電火花加工表面質(zhì)量,表面粗糙度、表面變質(zhì)層、表面機械性能,單個脈沖能量 加工速度,熔化凝固層 熱影響層 顯微裂紋,顯微硬度及耐磨性 殘余應(yīng)力 耐疲勞性能,21,2-4.電火花加工用脈沖電源,脈沖電源的作用：將工頻交流電流轉(zhuǎn)換一定頻率的單向脈沖電流，以供火花放電間隙所需要的能量來蝕除金屬。 脈沖電源對電火花加工的生產(chǎn)率、表面質(zhì)量、加工速度、加工過程穩(wěn)定性、工具電極損耗有很大影響。 一.電火花加工脈沖電源分類,22,二.RC線路脈沖電源 主要工作原理：利用電容器充電儲存電能，然后瞬時放出形成火花放電來蝕除金屬。 它有二個回路，.充電回路：ERC組成 .放電回路：C工具電極放電間隙工件組成,電

11、源接通，電容二端電壓按指數(shù) 曲線逐步上升，Vc=Vg.繼續(xù)上升 ，間隙被擊穿，電阻變的很小，C 上儲存能量瞬間放出，形成較大的 脈沖電流Ie,23,當(dāng)電容的能量釋放后,電壓瞬時下降到接近零,間隙中的工作液又迅速恢復(fù)絕緣狀態(tài),電流也為零,RC線路脈沖電源的最大優(yōu)點：.結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠.可獲窄脈沖、小脈沖能量.瞬時放電有很大峰值電流 主要缺點： .放電速度快，無法獲大脈寬 .脈沖間歇系數(shù)大，生產(chǎn)率低 .工藝參數(shù)不穩(wěn)定,主要應(yīng)用于小功率的精微加工或簡易電火花加工機床,24,三.RLC線路脈沖電源 方法：把充電電阻一分為二，其中一部分用于限流電阻，另一部分用電感代替，組成RLC線路脈沖電源,單純

12、的電感對直流電阻力很小,對交流或脈沖電流卻具有感抗阻力,起限流作用。 主要優(yōu)點： 1.縮短充電、脈沖間歇時間、提高頻率 2.電壓可充至電源電壓，提高單脈沖能量 *RCL線路，當(dāng)短路后斷開，電感產(chǎn)生過電壓 *并聯(lián)數(shù)個CL回路，可增大脈寬,R,C,L,工件,RLC線路脈沖電源,25,四：晶閘管式、晶體管式脈沖電源 1.晶閘管式脈沖電源的原理： 晶閘管（可控硅）式脈沖電源是利用晶閘管作為開關(guān)元件而獲得單向脈沖。 特點：一經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通，就不會自行截止，要截止需要外加反向電壓或使其小于維持電流。 為適應(yīng)加工精度要求，可控硅的脈沖電源還必須具有精加工高頻特性，一般采用高頻可控硅通過倍頻的辦法提高脈沖頻率,2

13、6,2.晶體管式脈沖電源的原理： 利用大功率晶體管作為開關(guān)元件，而獲得單向脈沖。 主振級Z為一個不對稱多諧振蕩器，它發(fā)出一定脈沖寬度和停歇時間矩形脈沖信號，后經(jīng)F放大，最后推動末級功率晶體管導(dǎo)通或截止。末級晶體管起著開關(guān)的作用。 為保證放電間隙短路時不至于損壞晶體管，每只管子均串聯(lián)一個限流電阻，同時起到在各管子之間均流作用,27,五：各種派生脈沖電源 .高低壓復(fù)合脈沖電源 .高壓脈沖回路 .低壓脈沖回路 2.多回路脈沖電源 多回路電源總的生產(chǎn)率并不與回路數(shù)目完全成正比增加 3.等脈沖電源 是指每個脈沖在介質(zhì)擊穿后所釋放的單個脈沖能量相等。 每次的脈沖電流寬度都相等，但電壓寬度則不一定相等。 4

14、.高頻分組和梳形波脈沖電源 5.自選加工規(guī)準(zhǔn)電源和智能化、自適應(yīng)控制電源,28,2-5.電火花加工自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng),一.自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用、技術(shù)要求和分類 由于火花放電間隙s很小，而且與加工規(guī)準(zhǔn)、加工面積、工件蝕除速度等有關(guān)，因此很難靠人工進(jìn)給，必須采用自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 系統(tǒng)的主要任務(wù)：通過改變調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，使進(jìn)給速度接近和等于蝕除速度，以維持一定的放電間隙s，保證電火花加工正常而穩(wěn)定的進(jìn)行。 實際火花加工時，整個系統(tǒng)力圖自動趨向處于兩條曲線的交點,29,對自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的一般要求： 1.有較廣的速度調(diào)節(jié)跟蹤范圍 在電火花加工過程中，加工規(guī)準(zhǔn)、加工面積等條件的變化，都會影響其進(jìn)給速度，

15、調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)有較寬的調(diào)節(jié)范圍，以適應(yīng)加工的需要 。 2.有足夠的靈敏度和快速性 放電加工頻率很高，放電間隙的狀態(tài)瞬息萬變，要求進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)間隙狀態(tài)的微弱信號能相應(yīng)的快速調(diào)節(jié) 。 3.有必要的穩(wěn)定性 電蝕速度一般不高，加工進(jìn)給量也不必過大，所以應(yīng)有很好的低速性能，能均勻、穩(wěn)定的進(jìn)給，避免低速爬行，超調(diào)量要小，傳動剛度要高，抗干擾能力要強。 此外，自動進(jìn)給裝置要求體積小，結(jié)構(gòu)簡單可靠及維修造作方便等,30,目前電火花加工用的自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的種類很多，按執(zhí)行元件大致可分為： .電液壓式（噴嘴擋板式） .步進(jìn)電機式 .寬調(diào)速力矩電機式 .直流伺服電機式 .交流伺服電機式。 雖然這些類型、構(gòu)造有很大

16、差別，但其基本組成環(huán)節(jié)是一致的,31,二.自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本組成部分,調(diào)節(jié)對象 測量環(huán)節(jié) 基本組成環(huán)節(jié) 比較環(huán)節(jié) 放大驅(qū)動器 執(zhí)行環(huán)節(jié),平均間隙電壓測量法 峰值電壓檢測法,32,三.電液自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng),電液式自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)以油缸、活塞為執(zhí)行機構(gòu)。分為噴嘴擋板式和伺服閥式,液體的不可壓縮性,活塞與油缸 間摩擦很小,系統(tǒng)的不靈敏區(qū)很小,33,四.電機械式自動調(diào)節(jié)系統(tǒng),電機械式自動進(jìn)給調(diào)節(jié)系統(tǒng)經(jīng)常采用的形式是步進(jìn)電機和力矩式電機,34,2-6.電火花加工機床,電火花加工機床設(shè)備類型較多,按工藝過程、工具與工件相對運動的特點與用途劃分，一般分為： 1.電火花成形機 .整體式 .分離式 .油缸固

17、定 .活塞固定 2.電火花線切割 .快速走絲 .慢速走絲 3.電火花磨削、電火花螺紋加工機床,35,2-7.電火花加工 一:電火花穿孔成型加工,凹模型孔加工,35,直接配合加工法 混合法 修配凸模(沖頭)法 二次電極法,36,電火花加工,電極設(shè)計,36,整體式,組合式,鑲拼式,電極尺寸設(shè)計： 橫截面尺寸、長度尺寸、公差； 電極材料：損耗小、加工穩(wěn)定性好； 其中：銅：穩(wěn)定性好、損耗大； 鋼：穩(wěn)定性差、損耗中； 石墨：穩(wěn)定性好、損耗小,37,電火花加工,37,凹模型孔電火花加工實例： 下圖為沖裁電機定子片的凸凹模，凹模型孔有24個槽，沖件厚度為0.5mm，配合間隙為0.030.07mm（雙邊），模

18、具材料為Cr12MoV,38,電火花加工,電極(凸模)的制造加工工藝: 鍛造退火粗、精刨淬火與回火成形磨削。 或：鍛造退火刨(或銑) 淬火與回火磨上、下平面線切割加工。凸模長度應(yīng)加長一段，作為電火花加工的電極，長度值根據(jù)凹模刃口高度而定。 凸凹模加工工藝: 鍛造退火粗車、精車(上、下面) 樣板劃線加工螺釘孔、粗加工各槽孔淬火與回火磨平面退磁用組合后的凸模作電極，電火花加工槽孔,38,39,電規(guī)準(zhǔn)的選擇及轉(zhuǎn)換,電規(guī)準(zhǔn)的選擇,39,根據(jù)工件的要求 電極和工件的材料 加工工藝指標(biāo)經(jīng)濟(jì)因素,電規(guī)準(zhǔn)的轉(zhuǎn)換：粗規(guī)準(zhǔn)一般選擇l檔；中規(guī)準(zhǔn)和精規(guī)準(zhǔn)一般選擇24檔 。型腔的側(cè)面修光，是靠調(diào)節(jié)電極的平動量來實現(xiàn)的。當(dāng)采用單電極平動加工時，應(yīng)相應(yīng)調(diào)節(jié)電極的平動量,電極材料：采用石墨與紫銅（黃銅、鑄鐵、鋼不適于型腔加工，原因是加工時損耗較大,通常分為粗規(guī)準(zhǔn)、中規(guī)準(zhǔn)、精規(guī)